SO SÁNH CÁC TRÌNH TỰ SINH HỌC BẰNG BLAST VÀ CLUTALX

1 n to SO SÁNH CÁC TRÌNH TỰ SINH HỌC BẰNG BLAST VÀ CLUTALX Mục tiêu của bài học  Nắm được những nguyên tắc so sánh các trình tự sinh học  Sử dụng chương trình BLAST giúp chúng ta nhanh chóng tìm ra những trình tự sinh học tương đồng (nếu có trong các CSDL lớn như NCBI, EMBL, DDPJ…) với trình tự yêu cầu.  Cung cấp những số liệu về tỉ lệ tương đồng, nguồn gốc các trình tự tương đồng,… Tìm ki m trình t sinh h cế ự ọ 2 Bắt cặp trình tự  Sắp xếp thẳng hàng trình tự là phương pháp sắp xếp hai hoặc nhiều trình tự nhằm đạt được sự giống nhau tối đa.  Các trình tự này có thể được xen bằng các khoảng trống (thường được diễn tả bằng các gạch nối ngang) tại các vị trí có thể để làm sao tạo thành các cột giống nhau (identical) hoặc tương tự nhau (similar). tcctctgcctctgccatcat---caaccccaaagt |||| ||| ||||| ||||| |||||||||||| tcctgtgcatctgcaatcatgggcaaccccaaagt Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 3  Phương pháp này thường được dùng để nghiên cứu sự tiến hóa của các trình tự từ một tổ tiên chung, đặc biệt là các trình tự sinh học như trình tự protein hoặc trình tự DNA.  Các bắt cặp không đúng trong trình tự tương ứng với các đột biến và các khoảng trống tương ứng với phần thêm vào hoặc xóa đi.  Thuật ngữ "sắp xếp thẳng hàng trình tự" cũng chỉ quá trình tạo ra sự sắp xếp này hay tìm ra các cách sắp xếp tốt nhất trong cơ sở dữ liệu gồm các trình tự riêng biệt. Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 4 Sắp gióng cột đôi một (Pairwise alignment)  Sắp gióng cột đôi một là phương pháp phục vụ cho việc tìm kiếm một trình tự sắp gióng cột toàn bộ hay (cục bộ) mà trùng khớp nhất của các chuỗi protein ( amino acid) hay DNA (nucleic acid).  Thông thường, mục đích của nó là tìm ra (mối quan hệ) đồng đẳng của một gene hay một sản phẩm-gen trong một cơ sở dữ liệu các thông tin mẫu đã có sẵn. Thông tin này là hữu ích để trả lời một loạt các câu hỏi sinh học khác nhau. Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 5 Ứng dụng  Một vài ví dụ về những câu hỏi mà các nhà nghiên cứu dùng BLAST để tìm câu trả lời.  Chủng loại vi khuẩn nào có các protein có liên hệ về giống loài với một loại protein khác mà có chuỗi amino-acid mà ta đã biết không?.  Chuỗi DNA mà ta vừa sắp xếp có nguồn gốc từ đâu?  Có gen nào khác dùng để mã hóa các protein có cấu trúc hay dáng dấp gần với cái mà ta vừa xác định không?.  BLAST còn được dùng kết hợp với các giải thuật khác có đòi hỏi sự so trùng chuỗi gần đúng. Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 6 Blast  BLAST là một giải thuật để so sánh các chuỗi sinh học, như các chuỗi của các protein hay của các chuỗi DNA khác nhau.  Chúng ta dùng blast khi câu hỏi đặt ra “liệu có trình tự nào trong ngân hàng dữ liệu giống hoặc gần giống với trình tự của bạn không”?. Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 7 Nguyên tắc trong blast Thuật toán của BLAST có 2 phần, một phần tìm kiếm và một phần đánh giá thống kê dựa trên kết quả tìm được. Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 8 Thu thập và lựa chọn trình tự (protein hay DNA, RNA) Blast Phân tích kết quả blast Thuật toán blast  Thuật toán của BLAST có 2 phần, một phần tìm kiếm và một phần đánh giá thống kê dựa trên kết quả tìm được.  Trong phần đánh giá thống kê, BLAST dựa trên cơ sở đánh giá của một cặp trình tự để tính ra một giá trị gọi là [Bit-Score]. Giá trị càng cao chứng tỏ khả năng tương tự của các bắt cặp càng cao.  Ngoài ra BLAST tính toán một giá trị trông đợi E-Score (Expect-Score) phụ thuộc vào Bit-Score. Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 9 Giá trị xác xuất trong blast Gi i thi u môn h cớ ệ ọ 10 [...]... chương trình BLAST mới nhất, chương trình này dùng để tìm kiếm các mối quan hệ xa (distant relative) của một protein Giới thiệu môn học 27 Kết quả Giới thiệu môn học 28 Kết quả Giới thiệu môn học 29 Blastx Giới thiệu môn học 30 Kết quả Blastx dịch mã protein từ trình tự DNA nhập vào Giới thiệu môn học 31 So sánh hai trình tự bằng blast Giới thiệu môn học 32 So sánh H5N1 và streptococus Load trình tự 1... 243 Các biến thể của blast Program query blastn DNA blastp protein blastx DNA 1 1 6 Database DNA protein protein 20 Blastn  Megablast  Discontiguous megablast Giới thiệu môn học 21 So sánh trình tự Nhập vào với trình tự cơ sở dữ liệu Giới thiệu môn học 22 Megablast Large numbers of query sequences (megablast): Khi so sánh một số lượng lớn các chuỗi đầu vào qua chỉ một BLAST dạng dòng lệnh, "megablast"... streptococus Load trình tự 1 Load trình tự 2 Nhấn thẻ Giới thiệu môn học 33 Kết quả bảng đồ so sánh hai trình tự Giới thiệu môn học 34 Kết quả so sánh H5N1 và Streptococus Giới thiệu môn học 35 Phần mềm Clutalx  Clustalx là một phần mềm (giao diện window) dùng cho việc so sánh sự tương đồng của hai hay nhiều trình tự sinh học  Clustalx mô tả kết quả bằng hệ thống màu sắc và các ký hiệu nổi bậc những nét... nhiều so với chạy BLAST nhiều lần Giới thiệu môn học 23 Protein-protein BLAST Chương trình này, khi đưa vào một protein truy vấn, sẽ trả về các chuỗi protein gần giống nhất từ cơ sở dữ liệu protein mà người dùng chỉ định  Blastp  PSI -blast  PHI -blast Giới thiệu môn học 24 Kết quả PHI -Blast PSI -Blast Giới thiệu môn học 25 PSI blast Iteration 1 Giới thiệu môn học 26 Chứa đựng những vùng protein-PSI blast. .. thiệu môn học 11 Mở rộng so sánh các trình tự   Bước 3: Cuối cùng BLAST mở rộng những cặp Hits đã tìm được theo cả hai chiều và đồng thời đánh số điểm Quá trình mở rộng kết thúc khi điểm của các cặp Hits không thể mở rộng thêm nữa KENFDKARFSGTWYAMAKKDPEG 50 MKGLDIQKVAGTWYSLAMAASD 44 Mở rộng Hit! RBP (query) lactoglobulin (hit) Mở rộng Giới thiệu môn học 12 Những chuỗi con nucleotide trong blast Những.. .Các bước tìm kiếm trong blast Bước 1: BLAST tìm kiếm các chuỗi con ngắn với chiều dài cố định W có tính tương tự cao Bước 2: BLAST tiếp tục tìm kiếp những cặp Hits tiếp theo dựa trên cơ sở những Hit đã tìm được trong bước 1 Minimum Score (S) Neighborhood Score Threshold (T) Những chuỗi con nào có số điểm lớn hơn một giá trị ngưỡng T (threshold value) thì được gọi là tìm thấy và được BLAST gọi... extension penalty (-1) DNA Defaults Cách tính điểm số DNA GGGGGGAGAA |||||*|*|| GGGGGAAAAAGGGGG 2 8(1)+2(-3)= GGGGGGAGAA GGG |||||*|*|| ||| GGGGGAAAAAGGGGG 3 11(1)+2(-3)+1(-1)+1(-1)= So sánh các đặc tính di truyền của các loài Bò và Cá (DNA) 32 ACAGGACATTTTACTACTCTGCAGATAATGGCTGACTTTGACATGGTAC | | | | | | || | | || | | |||| | 51 TTCTTCAGACTGCGCCATGGGGCTCAGCGACGGGGAATGGCAGTTGGTGC 81 TGAAGTGCTGGGGTCCAATGGAGGCGGACCACGCAACCCACGGGAGTCTG... (Substitutionsmatrix) BLOSUM hoặc PAM Giới thiệu môn học 13 Protein words Những chuỗi con này được đánh giá cho điểm dựa trên ma trận thay thế (Substitutionsmatrix) BLOSUM hoặc PAM Giới thiệu môn học 14 Cách tính điểm Phương pháp chung:      Terminal mismatches (0) Bắt cặp nhau score (1) Mismatch penalty (-3) Gap penalty (-1) Gap extension penalty (-1) DNA Defaults Cách tính điểm số DNA GGGGGGAGAA |||||*|*||... mô tả kết quả bằng hệ thống màu sắc và các ký hiệu nổi bậc những nét đặc trưng trong những đoạn tương đồng  ClustaX ngày càng trở nên hữu ích cho các nhà nghiên cứu trong việc tìm kiếm những vùng bảo tồn trên những trình tự DNA hoặc protein Giới thiệu môn học 36 ... GTCCTCATCAGGCTCTTCACAGGTCATCCCGAGACCCTGGAGAAATTTGA 181 CAAGTTTGCTGGC ATCGCCCATGGGGACCTGGCCGGGGATGCAGGTG |||||| | | | | | || || | | | 201 CAAGTTCAAGCACCTGAAGACAGAGGCTGAGATGAAGGCCTCCGAGGACC 48% similarity 80 100 130 150 180 200 227 250 Bò và Heo 1 CAGCTGTCGGAGACAGACACCCAGTCAGTCCCGCCCTTGTTCTTTTTCTC | ||| ||| || | ||||| |||| ||| |||||| 1 .CAGAGCCAGGACACCCAGTACGCCCGCACTTGCTCTGTTTCTC 51 TTCTTCAGACTGCGCCATGGGGCTCAGCGACGGGGAATGGCAGTTGGTGC . to SO SÁNH CÁC TRÌNH TỰ SINH HỌC BẰNG BLAST VÀ CLUTALX Mục tiêu của bài học  Nắm được những nguyên tắc so sánh các trình tự sinh học  Sử dụng chương trình. của các trình tự từ một tổ tiên chung, đặc biệt là các trình tự sinh học như trình tự protein hoặc trình tự DNA.  Các bắt cặp không đúng trong trình tự